[发明专利]一种消除大厚度钛合金板电子束焊接根部缺陷的设计方法

说明书

本发明公开了一种消除大厚度钛合金板电子束焊接根部缺陷的设计方法，在钛合金板待焊接位置的背面设置用于在焊接过程中接收从焊缝背面流出的焊缝金属的锁底，在锁底上设置有用于接收焊接过程中产生的气体的排气槽，焊接过程中产生的气体也一同逸出；该设计方法包括如下步骤：先确定锁底上排气槽的形状及位置：排气槽位于锁底上部的中心位置，排气槽的形状为半圆形槽；再确定锁底上排气槽的尺寸；最后确定锁底的固定位置：锁底的中心线与钛合金板焊缝中心线对齐。锁底上排气槽的形状为半圆形槽，既可以保证液态金属的流动，同时也能保证焊缝中的金属蒸汽具有下部逸出通道，保证了焊接过程中焊缝根部熔池的稳定性，同时能够降低排气槽的加工难度。

技术领域

本发明涉及大厚度钛合金板电子束焊接技术领域，具体的说是一种消除大厚度钛合金板电子束焊接根部缺陷的设计方法。

背景技术

随着科学技术的发展，电子束焊接方法因能量密度高而常用于大厚板的焊接。现有技术中，采用非穿透电子束焊接工艺时，不可避免地将在焊缝根部产生钉尖缺陷，钉尖缺陷不但减小了焊缝的平均深度，造成局部未焊透，同时还会造成根部的晶界裂纹以及中钉尖部位出现微小的缩孔，且由于钉尖缺陷的波动性，在焊缝中很容易残留钉尖等焊接缺陷，从而降低接头质量。因此，大厚板焊接时在焊透的基础上为减小钉尖缺陷，一般会在背部添加锁底以将这种缺陷引出受力部位，然后再加工掉。目前带锁底结构的零件在进行电子束焊接时，多采用国际上公认的焊接性能较好的三角波形，但是三角波形虽然可以获得良好的熔深和焊缝成型，但焊接后容易在焊缝根部出现链状气孔。

公开号为CN106271173A的中国发明专利公开了一种椭圆函数焊接工艺，通过搅拌效应来加速金属蒸汽的溢出进而消除钉尖缺陷，但是由于只能依靠正面逸出，因此焊接厚度相对较薄，一般在20mm以下。公开号为CN102554445A的中国发明专利公开了一种采用圆波焊接和三角波修饰焊相结合的方法焊接带锁底的零件，以消除根部链状气孔，但是由于金属蒸汽无法有效的排出，根部钉尖波动情况没有得到控制，仍有可能影响焊缝内部质量。

钛合金本身表面张力较大，流动性较差，大厚度(指钛合金板的厚度为30mm～120mm)钛合金板电子束焊接过程中匙孔中的金属蒸汽进一步限制了液态金属的流动，使得焊缝内部产生冷隔、缩孔等缺陷的倾向增大，钉尖波动也会更加剧烈。为了减少大厚度钛合金电子束焊接时内部产生缺陷的倾向，急需设计一种钛合金厚板电子束焊接用锁底结构，有效的提高电子束焊接根部熔池的稳定性，确保获得无焊接缺陷的焊缝。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种消除大厚度钛合金板电子束焊接根部缺陷的设计方法，以减少大厚度钛合金板电子束焊接过程中焊缝根部的缺陷，保证焊缝质量的稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：一种消除大厚度钛合金板电子束焊接根部缺陷的设计方法，在钛合金板待焊接位置的背面设置用于在焊接过程中接收从焊缝背面流出的焊缝金属的锁底，在锁底上设置有用于接收焊接过程中产生的气体的排气槽，焊接过程中产生的气体也一同逸出；该设计方法包括如下步骤：

步骤一、确定锁底上排气槽的形状及位置：排气槽位于锁底上部的中心位置，排气槽的形状为半圆形槽；

步骤二、确定锁底上排气槽的尺寸：为保证焊缝中的金属蒸汽可以逸出且焊缝中不会出现缺陷，排气槽半径满足：其中，R表示排气槽半径，σ表示钛合金的表面张力，h表示钛合金板的厚度，C、T、ρ分别表示钛合金的比热容、沸点和密度，B表示无锁底完全焊透钛合金板半厚度处焊缝宽度，S表示焊接时焊缝金属体积膨胀率；

步骤三、确定锁底的固定位置：将锁底点焊于钛合金板的背面，排气槽的延伸方向与钛合金板上焊缝的延伸方向一致，锁底的中心线与钛合金板焊缝中心线对齐，以保证焊接过程中溢出的金属液可以落入锁底的排气槽中。